La expansión de las ciudades producto del desarrollo de la industria y la explosión demográfica viene afectando la calidad de vida de sus habitantes. Por un lado, la mayoría de actividades industriales como parte de sus procesos desecha contaminantes que afectan el medio ambiente. Por otro lado, el crecimiento de la ciudad ha fomentado el desarrollo de actividades que responden a satisfacer necesidades ciudadanas siendo una de las principales el transporte, que presenta problemas tales como la informalidad y la obsolescencia del parque automotor, cuya principal consecuencia es el incremento del nivel de contaminación. Siguiendo las recomendaciones de la OMS para material contaminante suspendido en aire urbano, diversas instituciones gubernamentales en el Perú han establecido límites para la concentración de una serie de contaminantes, así como, ha realizado el monitoreo de los mismos en puntos estratégicos de la ciudad de Lima. Sin embargo, las soluciones empleadas en la actualidad son alternativas costosas y requieren de personal especializado para su operación, por lo que son escasas e insuficientes. Acorde a esta problemática, la presente tesis describe el desarrollo de un nodo sensorial de costo inferior a 800 USD, de dimensiones inferiores a 1m3 y peso menor a 25kg, capaz de determinar la concentración de gases contaminantes tales como el CO, NO2 y PM2.5 dentro de los rangos recomendados por el MINSA. El sistema desarrollado minimiza su costo de operación al abastecerse de energía mediante paneles solares funcionando al 25% de su capacidad de captación lumínica, además de contar con la capacidad para funcionamiento de emergencia de 12h y los equipos necesarios para determinar las principales variables meteorológicas. Durante el presente trabajo, se siguió la metodología de diseño mecatrónico planteada por la norma VD2206 adaptada a sistemas ciber-físicos comprobándose su pertinencia en procesos de desarrollo similares. Así mismo, se comprobó con un prototipo de baja fidelidad la capacidad del sistema para enviar datos en tiempo real a través de internet hacia la plataforma IOT de IBM (Watson). Finalmente, se elaboró la propuesta de un modelo para la ubicación de una red de estos nodos sensoriales y su optimización mediante algoritmos de aprendizaje automático.

Die menschliche Hand ist in der Lage, verschiedene Greif- und Manipulationsaufgaben auszuführen und kann als einer der geschicktesten und vielseitigsten Effektoren angesehen werden. In dieser Arbeit wurde ein Soft Robotic-Greifer entwickelt, der auf den Erkenntnissen aus der Literatur zur Taxonomie der menschlichen Greiffähigkeiten und den biomechanischen Synergien der menschlichen Hand basiert. Im Bereich der Roboterhände sind sehnengetriebene, unteraktuierte Strukturen weit verbreitet. Inspiriert von der Anatomie der menschlichen Hand, bieten sie durch ihre Flexibilität passive Adaptivität und Robustheit. Es wurde ein Sensorsystem implementiert, bestehend aus Force Sensing Resistors (FSRs), Biegungssensoren und einem Stromsensor, wodurch das System charakterisiert werden kann. Die Kraftsensoren wurden in die Fingerkuppen integriert. In Anlehnung an die menschliche Haut wurden Abgüsse aus Silikonkautschuk an den Fingerballen verwendet. Diese versprechen eine erhöhte Reibung und bessere Adaptivität zum gegriffenen Objekt. Um den entwickelten Greifer zu evaluieren, wurden erste Tests durchgeführt. Zunächst wurde die Funktionalität der Sensoren, wie z.B. der als FSRs ausgewählten Kraftsensoren, getestet. Im weiteren Verlauf wurden die Greiffähigkeiten des Greifers durch Manipulation verschiedener Objekte getestet. Basierend auf den Erkenntnissen aus den praktischen Versuchen kann festgestellt werden, dass der entwickelte Greifer ein hohes Maß an Geschicklichkeit aufweist. Auch die Adaptivität ist dank der verwendeten mechanischen Komponenten gewährleistet. Mittels der Sensorik ist es möglich, den Greifprozess zu kontrollieren. Die Ergebnisse zeigen aber auch, dass z. B. die interne Systemreibung die Verlustleistung des Systems stark beeinflusst. / The human hand is able to perform various grasping and manipulation tasks, and can be seen as one of the most dexterous and versatile effectors known. The prehensile capabilities of the hand have already been analyzed, categorized and summarized in a taxonomy in numerous studies. In addition to the taxonomies, research on the biomechanical synergies of the human hand led to the following conceptions: The adduction/abduction movement is independent of the flexion/extension movement. Furthermore, the thumb is rather independent in its mobility from the other fingers, while those move synchronously within their corresponding joints. Lastly, the consideration of the synergies provides that the proximal and distal interphalangeal joints of a human finger are more intensely coordinated than those of the metacarpal joints. In this work, a soft robotic gripper was developed based on the knowledge from the literature on the taxonomy of human gripping abilities and the biomechanical synergies of the human hand. In the domain of robotic hands, tendon-driven underactuated structures are widely used. Inspired by the tensegrity structure of the human hand, they offer passive adaptivity and robustness through their flexibility. A sensor system was implemented, consisting of FSRs, flex sensors and a current sensor, thus the system parameters can be characterized continously. The force sensors were integrated into the fingertips. Molds of silicone rubber were used as finger pads to provide higher friction and better adaptivity to the grasped object on the contact areas of the finger, to mimic human skin. Initial tests were carried out to evaluate the gripper. First, the functionality of the sensors, such as the force sensors selected as FSRs, was tested. In the further course, the gripping capabilities of the gripper were tested by manipulation of various different objects. Based on the findings from the practical experiments, it may be stated that the gripper has a high degree of dexterity. Thanks to the mechanical components used, adaptivity is guaranteed as well. By means of the sensor system it is possible to control the gripping processes. However, the results also showed that, for example, the internal system friction dominates the system’s power dissipation.

La detección y localización de fugas en ductos de transporte de crudo de petróleo es un tema de suma relevancia debido a que estos eventos conllevan a cuantiosas pérdidas a nivel económico, contaminación ambiental y conflictos sociales. Este estudio propone el diseño de un sistema de detección y localización de fugas basado en el Filtro de Kalman Extendido aplicado a un modelo no lineal en tiempo discreto con ruido de medición y proceso correlacionado. Se desarrolla la solución numérica del modelo matemático para el transporte de crudo de petróleo en el Tramo I del Oleoducto Norperuano (ONP), considerando; el perfil hidráulico, las características físicas del ducto y las propiedades del crudo transportado, empleando el método de características (MOC), método que facilita la implementación del modelo sobre un controlador industrial. La simulación del algoritmo de detección de fugas considera las mediciones de los sensores de presión y flujo en los extremos del oleoducto, y junto al filtro diseñado garantizan un error porcentual en la ubicación de fuga igual a 0.918 % (169.27 metros) y un error porcentual en la magnitud igual a 1.028 % (4.53 xx 10-3 mm3/ss). Asimismo, se realizaron pruebas para magnitudes de fuga repentina del 1%, 2%, 5% y 10% con respecto al flujo nominal transportado en diferentes ubicaciones dentro del recorrido. Se concluye el trabajo con una propuesta de implementación del sistema de detección de fugas sobre un controlador PLC CompactLogix, de Allen Bradley, y las consideraciones para la interconexión con el sistema SCADA existente en la operación del Oleoducto Norperuano (ONP).

En los últimos años se ha evidenciado un aumento de desastres relacionados con las red de tuberías de agua en el país, ya que no se cuenta con suficientes herramientas tecnológicas que permitan evaluar su estado, especialmente en las que presentan mayor antigüedad, por lo que no es posible identificar fallas ni evitar la ocurrencia de desastres como inundaciones y desabastecimiento de agua potable. Esta tesis propone el desarrollo de un robot móvil con la capacidad de realizar el sensado automático de fallas al inspeccionar el interior de tuberías matrices de agua empleando un robot móvil. Para ello se realiza la implementación de un Sistema de Detección de Fallas (SDF) que identifica diferentes anomalias dentro una tubería empleando redes neuronales convolucionales y un Controlador de Velocidad y Orientación del Robot (CVOR) que empleando la información recolectada por el SDF permitirá que el robot se desplace de manera autónoma. De manera que será posible detectar e identificar fallas en las tuberías de agua tales como: obstrucciones, fisuras y fugas debido a roturas o perforaciones de manera automática. El primer capítulo describe el estado del arte de los robots empleados en inspección y la problemática. El segundo capítulo desarrolla el modelo cinemático de un robot móvil con cuatro ruedas. En el tercer capítulo se diseña el Sistema de Detección de Fallas (SDF). El cuarto capítulo trata sobre la implementación del Controlador de Velocidad y Orientación del Robot (CVOR). Los resultados obtenidos, mostrados en el quinto capítulo, evidencian la precisión en el reconocimiento de anomalías por parte del sistema bajo determinadas condiciones.

Esta tesis de investigación propone obtener el modelo aerodinámico de una aeronave del tipo ala volante utilizando redes neuronales artificiales con el fin de mejorar la performance del controlador de vuelo del sistema de navegación de un vehículo aéreo no tripulado. Actualmente la aeronave pierde altitud al momento de realizar los giros, y se entiende porque es un problema con el ángulo de cabeceo y velocidad de vuelo. El tipo de Red Neuronal Artificial (RNA) utilizada es de Back Propagation Dinámico y tiene dos capas intermedias con 100 neuronas cada una. Se utilizó este tipo de RNA porque permite entrenar un modelo dinámico como es el caso de una aeronave. Las variables de entrada utilizadas para el entrenamiento fueron: posición del elevador, posición de los alerones, posición del throtle y aceleraciones en los tres ejes de la aeronave. Las variables de salida fueron: ángulo de cabeceo, ángulo de alabeo, cambio en el tiempo de ángulo de cabeceo y alabeo, velocidad y altitud. Asimismo, se utilizó un “bias” para tomar en consideración fuerzas o perturbaciones que no se pueden medir. La metodología utilizada permitió realizar el modelado de manera satisfactoria del ángulo de cabeceo y velocidad. Los errores de entrenamiento fueron de 36% y 5.5% respectivamente. La validación de ambos parámetros fue de 68% y 3.38%. La metodología aplicada todavía necesita ser mejorada para obtener un error de entrenamiento satisfactorio en el ángulo de alabeo y mejorar los entrenamientos obtenidos para el ángulo de cabeceo y velocidad. Este trabajo demuestra que el modelamiento de una aeronave del tipo ala volante es más complejo que una aeronave convencional. Son pocos los trabajos de investigación sobre modelamiento de aeronaves que han realizado el modelamiento de este tipo de aeronaves. En la mayoría de los casos utilizan técnicas diferentes a las de RNA y realizan modelamiento lineal y no dinámico como se ha realizado en esta tesis. / Tesis

Las aplicaciones de redes inalámbricas de sensores por lo general son desplegadas en entornos donde ya existe comunicación inalámbrica que hacen uso de las bandas ISM y licenciadas. Los dispositivos inalámbricos que utilizan la banda ISM como redes WiFi, Bluetooth, o dispositivos de control remoto, proliferan en las calles causando interferencia entre ellos; por lo que en este ambiente contaminado de radiación electromagnética un dispositivo inalámbrico que trabaja en la banda ISM estará expuesto a las interferencias, razón por lo que la comunicación tendrá muchas probabilidades de fallar en cualquier momento disminuyendo la transferencia de datos o anulándolo por completo, por lo tanto es necesario hacer un estudio previo que permita conocer la zona de despliegue. La red de sensores inalámbricas implementado en el Proyecto 153-FINCYT está pensado para ser desplegado en una zona de interés que pueden ser una avenida, una zona residencial o cualquier ambiente exterior para realizar la medición de los contaminantes de aire. La red de sensores utiliza el estándar IEEE802.15.4 en la banda ISM 2.4 GHz y de 900MHz, por lo que su despliegue en estas zonas exteriores hará que se degrade la comunicación entre el nodo sensor y la puerta de salida (Gateway) por causa de las interferencias electromagnéticas. La tesis tiene como objetivo implementar una metodología que permita ayudar y dar recomendaciones al diseño, a la implementación, pruebas y despliegue de redes de sensores inalámbricas IEEE 802.15.4 en 2.4GHz en ambientes externos. Para esto se ha analizado estudios anteriores sobre el tema y se ha realizado pruebas de laboratorio y de campo para demostrar los efectos de interferencia en enlaces IEEE802.15.4 en 2.4GHz en ambientes urbanos externos. En la metodología se describe como identificar el tipo, grado y distribución de la interferencia en la zona donde se desplegaría la red inalámbrica de sensores. / Tesis

Las vías principales de Lima Norte presentan un problema cotidiano que es la alta congestión vehicular. En estas vías se genera poca fluidez vehicular y excesivos conflictos entre el vehículo y peatón. Esto se agrava en los puntos intermodales por la alta demanda del transporte en la ciudad. Esto origina demoras vehiculares, largas colas e inseguridad al cruce del peatón en la intersección. En particular cerca de estaciones del BRT Metropolitano, sus usuarios una vez que salen de este sistema deben recurrir al transporte informal para movilizarse y por lo tanto se presenta un alto índice de inseguridad y riesgo de accidentes para ellos, perjudicando incluso al servicio del transporte formal. Por otro lado, existe poco orden de recorrido dentro de la estación del Metropolitano en donde se observa muchas interacciones y conflictos peatonales. En esta presente tesis se utilizó la siguiente metodología. En primer lugar, se observó el estado actual que permita describir el comportamiento y los problemas que se encuentran en la intersección entre la Av. Túpac Amaru e Izaguirre y dicha estación en estudio. Esto brindó un mejor análisis para determinar de forma cualitativa los conflictos en la zona de estudio. En segundo lugar, se recolectó y ordenó la información obtenida en campo y luego representarlo en un modelo de micro simulación calibrado y validado en Vissim 8. En tercer lugar, se realizó el escenario de propuesta de rediseño tanto para la intersección (y en sus alrededores) como a la estación Izaguirre del BRT del Metropolitano con la finalidad de mejorar los tiempos de viaje de los usuarios vehiculares y el orden de desplazamiento peatonal dentro de la plataforma de la estación. Algunas de las propuestas son la modificación de las islas de espera, mejora del ciclo semafórico, eliminación de carriles para lograr un tráfico calmado y lograr un cruce peatonal en el menor tiempo posible, entre otros. En el caso de la estación se propone ensanchar la plataforma con la finalidad de lograr un flujo unidireccional y poder generar un mayor orden en los desplazamientos de los usuarios. En síntesis, se obtuvo mejoras en los tiempos de viaje vehiculares(demoras) pues se redujo en un máximo del 23%. Por otro lado, en el caso de la estación las densidades e interacciones disminuyeron en más del 50 %. Finalmente, de acuerdo a lo analizado, observado y en base a los resultados en cada etapa de esta tesis se procedió a realizar los planos propuestos usando las recomendaciones de la NACTO y otros manuales internacionales.

La presente investigación parte de la vital importancia de las áreas verdes, específicamente de los parques los cuales actualmente tienen un rol relevante en el desarrollo social, en el desarrollo económico y hasta en el propio bienestar físico. En tal sentido, se apunta a la conservación de parques municipales considerando los múltiples beneficios ecológicos que brindan a los habitantes. Así, se concibe un diseño de red de sensores WOT en la nube para el riego inteligente de parques municipales de Lima enfatizando en un uso óptimo del agua en el riego y contemplando la recolección de datos para un riego eficaz de estos parques. En este marco, el uso de dicha tecnología es un aliado valioso que contribuye a un ahorro significativo de agua, a una conservación de los jardines limeños y en consecuencia a una mejora de la calidad de vida de los mismos habitantes y un mayor desarrollo de la ciudad de Lima. / Tesis

Esta dissertação apresenta o projeto, a construção e a avaliação experimental de uma plataforma móvel autônoma construída para atender os seguintes requisitos: 1) seguir uma trajetória previamente planejada utilizando para isto uma fusão entre as informações provenientes da sua odometria e dos marcos externos artificiais distribuídos no ambiente, e 2) transmitir em tempo real informações relativas à postura (posição + orientação) estimada pela plataforma para um computador base. As informações provenientes da odometria da plataforma são obtidas utilizando encoders incrementais ópticos construídos em rodas auxiliares. A informação proveniente dos marcos externos é obtida a partir de 5 sensores de infravermelho que detectam segmentos de faixa branca (grade reticulada com diagonais) colocados sobre piso preto. São implementados dois algoritmos embarcados, um algoritmo de controle e um algoritmo de estimação da trajetória realizada pela plataforma. O algoritmo de controle é utilizado para corrigir a orientação da plataforma ao longo da trajetória realizada. O algoritmo de estimação calcula a postura (posição + orientação) da plataforma no ambiente e envia o resultado para o computador base em tempo real. Os resultados experimentais mostram que os algoritmos de controle e estimação da trajetória efetivamente: 1) fazem a plataforma seguir a trajetória planejada com pequenos erros e 2) evitam o acúmulo do erro de odometria decorrente do uso do método de dead-reckoning.

Essa tese de mestrado apresenta o projeto e desenvolvimento de unidade de aquisição de dados multicanal a ser integrante de uma rede de sensores inteligentes, abordando o estudo realizado para o desenvolvimento do projeto do circuito eletrônico e descrevendo os blocos de hardware e software implementados. Pontos relevantes e característicos dos sistemas de aquisição de dados multicanal e multitaxa são discutidos juntamente com as soluções possíveis dos problemas encontrados em tais sistemas, tal como o sincronismo entre os canais de aquisição. Os resultados do projeto são apresentados em forma de simulações e ensaios com medidas de sinais de testes utilizados para validação do funcionamento do protótipo.